示波器培训资料

1、1示波器示波器 - 电子工程师的眼睛电子工程师的眼睛示波器的首要条件示波器的首要条件准确地显示波形准确地显示波形保证信号完整性测量保证信号完整性测量2什么是示波器什么是示波器8示波器是形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器示波器是形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类种类8示波器的用途：示波器的用途：0电压表，电流表，功率计电压表，电流表，功率计0频率计，相位计频率计，相位计0脉冲特性，阻尼振荡脉冲特性，阻尼振荡8示波器的应用：示波器的应用：0电子，电力，电工电子，电力，电工0压力，

2、振动，声，光，热，磁压力，振动，声，光，热，磁时间时间幅度幅度3波的类型波的类型8大多数波都属于如下类大多数波都属于如下类型：型：0正弦波正弦波0方波和矩形波方波和矩形波0三角波和锯齿波三角波和锯齿波0阶跃波和脉冲波阶跃波和脉冲波0噪声波噪声波 、复杂波、复杂波8很多波是上述波形的组很多波是上述波形的组合合8周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号8同步信号和异步信号同步信号和异步信号4正弦波是波形的基本波正弦波是波形的基本波非正弦波是由基波加无数次谐波所构成。包含的谐波越多，非正弦波是由基波加无数次谐波所构成。包含的谐波越多，波形越近似方波。波形越近似方波。例：例：100M方波是由方波是由3

3、次、次、5次、次、7次次.合成，合成，3次次谐波频率为谐波频率为300M、5次谐波频率为次谐波频率为500M.对于非正弦波对于非正弦波波形，波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越波形，波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形所含的谐波频率的分量也越高。多，波形所含的谐波频率的分量也越高。对于脉冲波占空比越小，波形对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，所含谐波就越多，谐波频率分量也越高。谐波频率分量也越高。5波形的重要谐波波形的重要谐波8非正弦波是由多次按不同频率不同相位和不同幅度的正弦波组成的合非正弦波是由多次按不同频率不同相位和不同幅度的正弦波组成的合成波，谐波是基波的倍数

4、。成波，谐波是基波的倍数。8列出的是影响波形变化的谐波次数，列出的是影响波形变化的谐波次数，( (考虑谐波分量为基波幅度考虑谐波分量为基波幅度1010以上的谐波，是对波形形状影响较大的因素以上的谐波，是对波形形状影响较大的因素) ) 波波 形形 重要谐波数重要谐波数 正弦波（正弦波（ 正弦波基波为：正弦波基波为：1 1 ） 1:11:1 方波方波 1:91:9 三角波三角波 1:31:3 脉冲波（占空比脉冲波（占空比5050） 1:91:9 脉冲波（占空比脉冲波（占空比2525） 1:141:14 脉冲波（占空比脉冲波（占空比1010） 1:261:26 谐波数为基波的倍数谐波数为基波的倍数8

5、在没有边沿时间信息，只有信号频率和波形类别信息，我们希望所观在没有边沿时间信息，只有信号频率和波形类别信息，我们希望所观测到的波形有精度不失真，可以使用倍数的的方法选择示波器带宽。测到的波形有精度不失真，可以使用倍数的的方法选择示波器带宽。6波形测量参数波形测量参数50%90%10%VmaxVminVp-pVhiRise Time+Width-WidthVlo100%FallTime幅值幅值正向超调正向超调负向超调负向超调频率频率1/周期周期7示波器的类型示波器的类型8模拟示波器模拟示波器8模拟数字混合示波器模拟数字混合示波器8数字示波器数字示波器8数字荧光示波器数字荧光示波器8取样示波器取样

6、示波器8示波器示波器的典型的典型结构结构ART模拟示波器DSO数字示波器DPO数字荧光示波器放大器放大器水平水平放大器放大器垂直垂直放大器放大器延迟线延迟线触发触发放大器放大器多路多路分解器分解器采集信号采集信号存储器存储器uP显示显示存储器存储器A/D放大器放大器数字数字荧光器荧光器A/D uP模拟实时显示串行处理并行处理触发电路和时基触发电路和时基触发和时基电路触发和时基电路9波形的捕获波形的捕获8波形捕获率也就是波形刷新率，已经成为考核一台示波器的重要参数之一；波形捕获率也就是波形刷新率，已经成为考核一台示波器的重要参数之一；8对于示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量的波形质量

7、信息，对于示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获方面，有着特尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。别的作用。模拟示波器模拟示波器数字荧光数字荧光示波器示波器数字存储数字存储示波器示波器10各类示波器对波形显示的能力各类示波器对波形显示的能力8由于采用的技术和原理不同，在波形的保真、显示能力和捕获能力上，各技术由于采用的技术和原理不同，在波形的保真、显示能力和捕获能力上，各技术类别的示波器之间存在较大差异。类别的示波器之间存在较大差异。 波形显示示波器类别简单重复信号复杂动态重复信

8、号定时测量非重复单次信号触发功能预触发示波器带宽数据处理稳定信号变化信号异常信息缓变信号随机毛刺快沿信号模拟示波器CRT显示技术好好差差差差好差不能边沿不能低470M不能DSO示波器等效采样技术好差差好差好差(点,余辉)改善显示好差多种能高6G能DSO示波器实时采样技术好好差好好好差(点,余辉)改善显示好好多种能高6G能DPO示波器数字荧光技术好好好好好好好好好多种能高6G能11示波器的组成示波器的组成8水平系统水平系统8垂直系统垂直系统8扫描系统扫描系统8触发系统触发系统8显示系统显示系统12示波器的主要指标示波器的主要指标8示波器主要技术指标保证示波器精确的显示信号波形的示波器主要技术指标

9、保证示波器精确的显示信号波形的前提条件前提条件0示波器的带宽示波器的带宽0数字示波器采样率数字示波器采样率0示波器存储长度示波器存储长度0波形捕获率（先进的波形捕获率（先进的DPO）8示波器主要的功能保证示波器稳定、捕获显示波形的必示波器主要的功能保证示波器稳定、捕获显示波形的必要条件要条件0垂直垂直0水平水平0示波器的触发示波器的触发0与外部设备的互联能力与外部设备的互联能力0数据的处理技术与能力数据的处理技术与能力 13带宽是示波器的带宽是示波器的首要规格参数首要规格参数8示波器的结构决定了带宽的重要性：示波器的结构决定了带宽的重要性：0放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器是信号进入

10、示波放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器的带宽，示波器能请进什么样器的大门，它的带宽决定了示波器的带宽，示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。的信号由这个大门来决定。8数字示波器的带宽也是模拟带宽。数字示波器的带宽也是模拟带宽。示波器所谓带宽是指示波器所谓带宽是指: : 垂直放大器的频率响应，定义为：随着正弦波频率增加，信号幅度下垂直放大器的频率响应，定义为：随着正弦波频率增加，信号幅度下降降3dB3dB（70.770.7）. .在此频点为示波器的带宽在此频点为示波器的带宽正弦波谐波分量正弦波谐波分量方波谐波分量方波谐波分量100%70.7

11、%,-3dbBWBW100%70.7%,-3db带宽不足将导致波形幅度衰减和波形失真带宽不足将导致波形幅度衰减和波形失真注意：示波器带宽或上升时间与信号频率或上升时间一样时，对会对波形幅注意：示波器带宽或上升时间与信号频率或上升时间一样时，对会对波形幅度和上升时间产生影响，带来测量误差，如减少测量误差只能提高延伸示波度和上升时间产生影响，带来测量误差，如减少测量误差只能提高延伸示波器带宽。器带宽。15示波器带宽总结示波器带宽总结示波器带宽是由放大器模拟带宽决定。示波器带宽是应包含探头和示波器整示波器带宽是由放大器模拟带宽决定。示波器带宽是应包含探头和示波器整个测量系统的问题，泰克公司承诺指定示

12、波器的带宽（上升时间），是当使个测量系统的问题，泰克公司承诺指定示波器的带宽（上升时间），是当使用原配探头时，是探头尖的上升时间（示波器带宽）。用原配探头时，是探头尖的上升时间（示波器带宽）。示波器系统带宽不足，会引起上升时间慢和异常幅度衰减示波器系统带宽不足，会引起上升时间慢和异常幅度衰减为了获得正确的振幅测量，示波器的带宽应该比被测量的波形的频率大为了获得正确的振幅测量，示波器的带宽应该比被测量的波形的频率大5倍。倍。为了合理精确地测量波形的上升或下降时间，示波器必须有足够的上升时间。为了合理精确地测量波形的上升或下降时间，示波器必须有足够的上升时间。仪表上升时间：信号上升时间仪表上升时间

13、：信号上升时间 信号上升时间读值测量误差信号上升时间读值测量误差 之比之比 1:1 41% 2:1 22% 3:1 12% 4:1 5% 5:1 2% 7:1 1% 10:1 0.5%16采样采样采样点采样点数字化需要的数字化需要的保持时间保持时间采样间隔采样间隔 采样是等间隔地进行；采样是等间隔地进行；采样率以采样率以 “点点/秒秒”来表示。来表示。实时采样、随机等效采样、顺序等效采样方式实时采样、随机等效采样、顺序等效采样方式17输入重复信号输入重复信号第一次采集第二次采集第三次采集。数字实时采样技术：数字实时采样技术：实时采样是最直观的采样方式，采样率实时采样是最直观的采样方式，采样率超

14、过模拟带宽超过模拟带宽4 45 5倍或更高。倍或更高。8只需一次触发已采集到信号所有资料只需一次触发已采集到信号所有资料8对信号的要求：重复信号且可允许信号变化对信号的要求：重复信号且可允许信号变化8实时采样技术示波器，不仅适用捕获重复信号、而且是捕捉非重复信号和单次信号的实时采样技术示波器，不仅适用捕获重复信号、而且是捕捉非重复信号和单次信号的有效技术。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号前提条件。有效技术。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号前提条件。8示波器标定带宽重复信号带宽瞬态（单次）信号带宽示波器标定带宽重复信号带宽瞬态（单次）信号带宽18第一次触发采集第二次触发采集第

15、三次触发采集第四次触发采集输入重复信号输入重复信号随机数字等效采样技术：随机数字等效采样技术：以较低的以较低的A/D对信号采集对信号采集, 将多将多次触发采集到资料进行重组，实现对重复信号的捕获和显示。次触发采集到资料进行重组，实现对重复信号的捕获和显示。8需要经过多次次触发才能采集到信号的所有资料需要经过多次次触发才能采集到信号的所有资料8对信号的要求：信号必须重复并且稳定，如信号变化（如幅度）将造成显示混乱。对信号的要求：信号必须重复并且稳定，如信号变化（如幅度）将造成显示混乱。8等效技术示波器，只适用捕获重复稳定信号，对捕获非重复信号和单次信号的能力。等效技术示波器，只适用捕获重复稳定信

16、号，对捕获非重复信号和单次信号的能力。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的能力。将受到实时采样率的限制。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的能力。将受到实时采样率的限制。8示波器标定带宽重复信号带宽示波器标定带宽重复信号带宽 瞬态（单次）信号带宽。瞬态（单次）信号带宽。19采样率对单次信号采集采样率对单次信号采集数字示波器不但观测重复信号，同时需要观测单次事件信号。虽然示波器放数字示波器不但观测重复信号，同时需要观测单次事件信号。虽然示波器放的大器带宽保证了信号输入不失真。如采样率不足会造成显示信号漏失和失的大器带宽保证了信号输入不失真。如采样率不足会造成显示信号漏失和失真。所

17、以示波器必须具有足够的采样速率，用以捕捉单次信号和精确恢复显真。所以示波器必须具有足够的采样速率，用以捕捉单次信号和精确恢复显示波形。示波形。奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少为信号最高频率带宽的奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少为信号最高频率带宽的2 2倍以上，从而保倍以上，从而保证信号在恢复时不发生混迭现象和失真的情况发生。证信号在恢复时不发生混迭现象和失真的情况发生。放大器放大器多路多路分解器分解器采集信号采集信号存储器存储器uP显示显示存储器存储器A/D采样率低使信号失真采样率低使信号失真采样率高使信号保真采样率高使信号保真20 单次采样带宽也就是常说的实时带宽，它是由模拟带宽、采样率以及

18、波形重单次采样带宽也就是常说的实时带宽，它是由模拟带宽、采样率以及波形重建的方法共同决定，因此它决定了所构建的单次波形的完整性建的方法共同决定，因此它决定了所构建的单次波形的完整性 。 波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。线性内插：在相邻采样点直接连接上直线，局限于直边缘信号。线性内插：在相邻采样点直接连接上直线，局限于直边缘信号。正弦内插：（正弦内插：（SinX/xSinX/x）利用曲线来连接样点，通用性更强。它利用数学处理，在实）利用曲线来连接样点，通用性更强。它利用数学处理，在实际样点间隔中运算出结果。这种方法弯曲信号波形，使之产生比纯方波

19、和脉冲更为现际样点间隔中运算出结果。这种方法弯曲信号波形，使之产生比纯方波和脉冲更为现实的普通波形。实的普通波形。内插系数：内插系数：泰克公司的内插系数为2.5,采用5倍以上示波器带宽的采样率是为提高信号的保真使用正弦内插，一般采用内插系数为使用正弦内插，一般采用内插系数为5 5计算示波器的单次信号带宽。单次带宽实计算示波器的单次信号带宽。单次带宽实时采样率时采样率/5/5（内插系数）。使用线性内插，一般采用内插系数为（内插系数）。使用线性内插，一般采用内插系数为1010计算示波器的单次计算示波器的单次信号带宽。单次带宽实时采样率信号带宽。单次带宽实时采样率/10/10（内插系数）。（内插系数

20、）。 正弦内插正弦内插 线性内插线性内插单次采集带宽和波形复现单次采集带宽和波形复现21示波器采样率决定：示波器采样率决定：窄脉冲和毛刺信号精确捕获和复现能力窄脉冲和毛刺信号精确捕获和复现能力只有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现只有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现8示波器带宽选定后，采样率决定了单次带宽。单次宽决定示波器对毛刺和单示波器带宽选定后，采样率决定了单次带宽。单次宽决定示波器对毛刺和单脉冲信号的捕获能力和复现能力，也决定了示波器检测重复信号中异常信号脉冲信号的捕获能力和复现能力，也决定了示波器检测重复信号中异常信号和随机毛刺信号的捕获能力。和随机毛

21、刺信号的捕获能力。例：示波器带宽例：示波器带宽100Mhz100Mhz 采样率采样率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S, （不考虑带宽对波形的影响）（不考虑带宽对波形的影响）228示波器带宽选定后，采样率决定单次带宽。单次带宽决定示波器对阶跃、单示波器带宽选定后，采样率决定单次带宽。单次带宽决定示波器对阶跃、单次信号中的快沿的捕获和复现能力，也决定了示波器对检测，低重复率信号次信号中的快沿的捕获和复现能力，也决定了示波器对检测，低重复率信号的上升和下降沿捕获能力的上升和下降沿捕获能力。示波器采样率决定：示波器采样率决定：单次事件信号沿的精确捕

22、获和复现能力单次事件信号沿的精确捕获和复现能力只有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现只有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现例：示波器带宽例：示波器带宽100Mhz100Mhz 采样率采样率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S, （不考虑带宽对波形的影响）（不考虑带宽对波形的影响）23示波器采样率决定：示波器采样率决定：脉冲序列精确复现能力，只有信号速度脉冲序列精确复现能力，只有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现1Gs/S1Gs/S单次带宽为单次带宽为100

23、Mhz100Mhz100100MhzMhz6060MhzMhz8080MhzMhz4040MhzMhz2020MhzMhz200MMhzs/S200MMhzs/S单次带宽为单次带宽为40Mhz40Mhz100MMhzs/S100MMhzs/S单次带宽为单次带宽为20Mhz20M24总结：采样率的选择总结：采样率的选择8我们在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与我们在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与之相配合，这样才能获得适合于实际测量中的实时带宽，之相配合，这样才能获得适合于实际测量中的实时带宽，从而获得满意的显示和测量结果。从而获得满意的显示和测量结果。8示波器采样率不足，

24、将会使信号失去高频成份，影响对信示波器采样率不足，将会使信号失去高频成份，影响对信号的完整性测量。如，使信号上升和下降时间变慢或造成号的完整性测量。如，使信号上升和下降时间变慢或造成波形的漏失。波形的漏失。8如果在实际的测量中，比较重视单次信号的精确信息，我如果在实际的测量中，比较重视单次信号的精确信息，我们建议采样率要在带宽的五倍以上，最好能在八到十倍。们建议采样率要在带宽的五倍以上，最好能在八到十倍。25示波器存储深度示波器存储深度8定义：一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数定义：一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数0最大记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容量才

25、能增加记录长度最大记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容量才能增加记录长度0是为捕获和显示单次信号过渡过程提供的重要指标是为捕获和显示单次信号过渡过程提供的重要指标8示波器的存储由两个方面来完成：示波器的存储由两个方面来完成：0触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点；触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点；0示波器的存储深度决定了数据存储的终点。示波器的存储深度决定了数据存储的终点。8记录时间记录长度记录时间记录长度 / 采样率采样率0由于时基和采样率是联动的，所以时基的速度快慢将同时改变采样率的高低。当由于时基和采样率是联动的，所以时基的速度快慢将同时改变采样率的高低。当采样率达到指标定义最高速率时，加快基速度的调整，采样率将不能加快。采样率达到指标定义最高速率时，加快基速度的调整，采样率将不能加快。0时基与采样率的关系应为：存储深度（点）时基与采样率的关系应为：存储深度（点